Fluidos: Tipos, comportamiento mecánico y leyes de conservación

Fluidos: Tipos y comportamiento mecánico

Los fluidos pueden ser líquidos (como el aceite, el agua, la gasolina) y gases (aire, gas de combustión, vapor).

A los fluidos se los puede analizar según su comportamiento mecánico y se los consideran como:

• Fluidos Newtonianos: cuando el esfuerzo cortante que desarrollan al deslizarse no es afectado por el gradiente de velocidad.
• Fluidos No Newtonianos: cuando el esfuerzo cortante se ve afectado por el gradiente de velocidad.

Reología es el estudio de la relación Esfuerzo vs. Deformación en materiales que pueden fluir (Mecánica de los medios continuos). No se estudian los fluidos multifásicos (mezcla de líquido y vapor).

El comportamiento del fluido se analiza considerando el tipo de flujo dentro y fuera de los conductos (tuberías) que pueden tener sección circular o no.

PRESIÓN

La presión se define como la fuerza que actúa en una unidad de área y se calcula mediante la ecuación P = F/A. Las unidades de fuerza son N (o lb) y las unidades de área son m² o cm².

COMPRESIBILIDAD

Es el cambio de volumen de una sustancia cuando se aplica un cambio de presión. En general, para un líquido este cambio es menor al 1 si se aplica un cambio de presión superior a 3000 Pa.

Se consideran fluidos incompresibles todos aquellos a los que se les aplican presiones menores al rango de 3000 Pa.

La compresibilidad se calcula con el módulo volumétrico E definido por la expresión E = -ΔV/ΔP/V.

LEYES DE LA CONSERVACIÓN

Ley de la conservación de la materia: En un sistema aislado, durante toda reacción química ordinaria, la masa total en el sistema permanece constante, es decir, la masa consumida de los reactivos es igual a la masa de los productos obtenidos. Para el caso de fluidos, el producto de la velocidad por el área de la sección transversal al flujo es una constante a lo largo del tubo de corriente en el cual se desplaza el fluido.

Ley de la conservación de la cantidad de movimiento: La tasa de cambio de la cantidad de movimiento de una porción dada de fluido es igual a la resultante de las fuerzas que actúan en esa posición.

Ley de la conservación de la energía (1ra ley de la Termodinámica): Energía por unidad de volumen antes es igual a Energía por unidad de volumen después.

Relación de estado basada en la ecuación de estado del gas ideal: ρ = m/V.

Condiciones de frontera sobre superficies sólidas: Tensión superficial es la propiedad que permite al fluido tener una fuerza en su superficie paralela a la frontera, dada por la acción de las moléculas que tienden a atraerse en la interfase entre un líquido y otro o entre un líquido y un gas.